اثرگذاری نوری

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو

اثرگذاری نوری[واژه‌نامه ۱] معیاری است برای سنجش عملکرد یک منبع نور در تولید نور مرئی. اثرگذاری نوری برابر است با نسبت توان نوری به توان. با توجه به مسئله، منظور از توان ممکن است توان تابشی یا توان مصرفی منبع باشد.[۱][۲][۳] اینکه کدام مفهوم از این واژه در نظر گرفته شده‌است را معمولاً باید از چهارچوب مسئله استنباط کرد و گاهی مشخص نیست. مفهوم اول گاهی با نام اثرگذاری نوری تابش[واژه‌نامه ۲] و مفهوم دوم با نام اثرگذاری نوری منبع[واژه‌نامه ۳] یا بهرهٔ نوری[واژه‌نامه ۴] شناخته می‌شود.

بهرهٔ نوری، معیاری است برای بازدهی منبع در تولید نور مرئی از الکتریسیته.[۴] در مقابل، اثرگذاری نوری تابش، مشخص می‌کند که یک مقدار تابش الکترومغناطیسی مشخص، تا چه حد در تولید نور مرئی موفق است و به صورت نسبت شار نوری به شار تابشی بیان می‌شود.[۵] همهٔ طول موج‌های نور به یک اندازه رویت‌پذیر نیستند، به عبارت دیگر به یک اندازه در تحریک دید انسان موثر نیستند، زیرا چشم انسان دارای حساسیت طیفی است. تابش در محدودهٔ طیف‌های فروسرخ و فرابنفش برای نوردهی بی‌فایده‌است. در کل، اثرگذاری نوری منبع، به عملکرد آن منبع در تبدیل انرژی به تابش الکترومغناطیسی و عملکرد چشم انسان در تشخیص آن تابش بستگی دارد.

اثرگذاری و بهره‌وری[ویرایش]

در برخی دستگاه‌های یکا، شار نوری و شار تابشی دارای یکای یکسانی هستند. در چنین شرایطی اثرگذاری نوری کمیت بدون بعد خواهد بود. در این حالت می‌توان آن را بهره‌وری نوری[واژه‌نامه ۵] یا بازده نوری نامید و به صورت درصدی بیان کرد. اغلب، یکاها را به گونه‌ای انتخاب می‌کنند تا بیشینهٔ اثرگذاری ممکن (۶۸۳ لومن بر وات) به بهره‌وری ۱۰۰٪ بینجامد. تفاوت بین اثرگذاری و بهره‌وری گاهی در اثرهای چاپی مورد توجه قرار نمی‌گیرد، بنابراین خیلی جاها ممکن است بهره‌وری‌ها بر حسب لومن بر وات بیان شود، یا اثرگذاری‌ها بر حسب درصد.

ضریب نوری همان بهره‌وری نوری است و مقداری بین ۰ تا ۱ دارد که در ۱ اثرگذاری نوری معادل ۶۸۳ لومن بر وات خواهد بود.

اثرگذاری نوری تابش[ویرایش]

حساسیت معمول چشم انسان به نور، مطابق استاندارد سی‌آی‌ئی در ۱۹۲۴ میلادی. محور افقی نمایانگر طول موج بر حسب نانومتر است

طول موج‌های خارج از طیف مرئی برای مقاصد روشنایی مناسب نیستند زیرا با چشم انسان دیده نمی‌شوند. از این گذشته چشم انسان به برخی از طول موج‌های طیف مرئی هم حساسیت بیشتری دارد. حساسیت چشم انسان به این طول موج‌ها با تابع درخشندگی مشخص می‌شود که یک تابع استاندارد برای مشخص‌کردن حساسیت یک چشم معمولی در یک محیط روشن (دید خوب[واژه‌نامه ۶]) است. برای محیط‌های کم‌نور (دید کم[واژه‌نامه ۷]) هم می‌توان منحنی مشابهی تعریف کرد. در مواردی که این موضوع مشخص نباشد فرض بر این است که محیط روشن است.

اثرگذاری نوری مشخص می‌کند که چه کسری از توان الکترومغناطیسی، برای روشن‌کردن محیط مناسب است. این عدد با تقسیم‌کردن شار نوری بر شار تابشی به دست می‌آید. نوری که طول موجی خارج از طیف مرئی داشته باشد، اثرگذاری نوری پایین‌تری خواهد داشت زیرا این بخش از طیف توان تابشی خودش را دارد، اما توان نوری‌اش صفر است. طول موج‌هایی که نزدیک به بیشینهٔ حساسیت چشم هستند، نسبت به طول موج‌هایی که در مرزهای طیف مرئی هستند در اثرگذاری نوری مؤثرترند.

در دستگاه بین‌المللی یکاها که اثرگذاری نوری بر حسب لومن بر وات (lm/W) اندازه‌گیری می‌شود، بیشینهٔ اثرگذاری نوری در محیط روشن می‌تواند ۶۸۳ لومن بر وات، در نور تک‌فام و با فرکانس ۵۵۵ نانومتر (سبز)، باشد. در محیط تاریک، بیشترین اثرگذاری نوری می‌تواند تا ۱۷۰۰ لومن بر وات، برای باریکهٔ نور در فرکانس ۵۰۷ نانومتر، افزایش یابد.

نمونه‌ها[ویرایش]

تابش طیفی یک جسم سیاه. انرژی بیرون بازهٔ طیف مرئی (~۳۸۰–۷۵۰ نانومتر، نمایش‌داده شده با خطوط خاکستری نقطه‌چین) اثرگذاری نوری را کاهش می‌دهند.
اثرگذاری نوری یک تابشگر سیاه بر حسب دما
نوع
 
اثرگذاری نوری تابش
(lm/W)
اثرگذاری نوری[یادداشت ۱]
 
لامپ تنگستن معمولی در دمای ۲۸۰۰ K 15[۶] 2%
ستاره‌های کلاس اِم (قلب عقرب، ابط‌الجوزا) ۳۰۰۰ کلوین 30 4%
تابش جسم سیاه ایده‌آل در ۴۰۰۰ K 54.7[۷] 8.0%
ستاره‌های کلاس جی (خورشید، سروش)، ۵۸۰۰ K 93[۶] 13.6%
تابشگر سیاه ایده‌آل ۷۰۰۰ K 95[۷] 14%
بدنهٔ سیاه ایده‌آل ۵۸۰۰ K، گردشده به ۴۰۰–۷۰۰ nm (چشمهٔ سفید ایده‌آل) 251[۶][یادداشت ۲] 37%
چشمهٔ تکفام ۵۵۵ nm ایده‌آل 683[۸] 100%

بهرهٔ نوری[ویرایش]

منابع نور مصنوعی معمولاً با معیار اثرگذاری نوری منبع ارزیابی می‌شوند که گاهی به آن مجموع اثرگذاری نوری منبع[۹] نیز می‌گویند. این مقدار برابر است با نسبت بین شار نوری تابیده‌شده به کل توان ورودی مصرفی (الکتریکی یا…). این معیار نشان می‌دهد که اثرگذاری نوری منبع با هدف منحنی حساسیت طیفی (تابع درخشندگی) چگونه است. اگر اثرگذاری نوری منبع به صورت بدون بُعد بیان شود (مثلاً به صورت کسری از بیشینهٔ اثرگذاری ممکن) ممکن از آن با نام بهرهّ نوری یاد کنند.

تفاوت اصلی اثرگذاری نوری تابش واثرگذاری نوری منبع در این است که دومی نمایانگر انرژی تلف‌شده (به صورت گرما یا هر خروجی دیگری به غیر از موج الکترومغناطیس) است اما اثرگذاری نوری تابش بیانگر یک خاصیت پرتو تابیده‌شده از منبع است. اثرگذاری نوری منبع یک خاصیت منبع است.

نمونه‌ها[ویرایش]

جدول زیر اثرگذاری نوری یک منبع و بهرهٔ نوری منابع مختلف را نمایش می‌دهد:

رده‌بندی
 
گونه
 
مجموع
اثرگذاری نوری (lm/W)
مجموع
اثرگذاری نوری[یادداشت ۱]
احتراقی شمع 0.3[یادداشت ۳] 0.04%
gas mantle 1–2[۱۰] 0.15–0.3%
لامپ رشته‌ای 100–200 W tungsten incandescent (230 V) 13.8[۱۱]–15.2[۱۲] 2.0–2.2%
100–200–500 W tungsten glass halogen (230 V) 16.7[۱۳]–17.6[۱۲]–19.8[۱۲] 2.4–2.6–2.9%
5–40–100 W tungsten incandescent (120 V) 5–12.6[۱۴]–17.5[۱۴] 0.7–1.8–2.6%
2.6 W tungsten glass halogen (5.2 V) 19.2[۱۵] 2.8%
tungsten quartz halogen (12–24 V) 24 3.5%
photographic and projection lamps 35[۱۶] 5.1%
ال‌ئی‌دی white LED (raw, without power supply) 4.5–150 [۱۷][۱۸][۱۹][۲۰] ۰٫۶۶–۲۲٫۰%
4.1 W LED screw base lamp (120 V) ۵۸٫۵–۸۲٫۹[۲۱] ۸٫۶–۱۲٫۱%
5.4 W LED screw base lamp (100 V 50/60 Hz) ۱۰۱٫۹[۲۲] ۱۴٫۹%
6.9 W LED screw base lamp (120 V) ۵۵٫۱–۸۱٫۹[۲۱] ۸٫۱–۱۲٫۰%
7 W LED PAR20 (120 V) ۲۸٫۶[۲۳] ۴٫۲%
7 W LED PAR20 (110-230 V) ۶۰٫۰[۲۴] ۸٫۸%
8.7 W LED screw base lamp (120 V) ۶۹٫۰–۹۳٫۱[۲۱][۲۵] ۱۰٫۱–۱۳٫۶%
Theoretical limit (white LED) ۲۶۰٫۰–۳۰۰٫۰[۲۶] ۳۸٫۱–۴۳٫۹%
لامپ قوسی لامپ قوسی زنون 30–50[۲۷][۲۸] 4.4–7.3%
لامپ قوسی جیوه-زنون 50–55[۲۷] 7.3–8.0%
لامپ مهتابی T12 tube with magnetic ballast 60[۲۹] 9%
9–32 W لامپ فلوئورسنت فشرده 46–75[۱۲][۳۰][۳۱] 8–11.45%[۳۲]
T8 tube with electronic ballast 80–100[۲۹] 12–15%
PL-S 11 W U-tube, excluding ballast loss 82[۳۳] 12%
T5 tube 70–104.2[۳۴][۳۵] 10–15.63%
تخلیهٔ گاز 1400 W sulfur lamp 100[۳۶] 15%
لامپ متال هالاید 65–115[۳۷] 9.5–17%
لامپ سدیم پرفشار 85–150[۱۲] 12–22%
لامپ سدیم کم‌فشار 100–200[۱۲][۳۸][۳۹] 15–29%
Cathodoluminescence electron stimulated luminescence 30[۴۰] 5%
منابع ایده‌آل Truncated 5800 K blackbody[یادداشت ۲] 251[۶] 37%
Green light at 555 nm (maximum possible luminous efficacy) 683.002[۸] 100%

جستارهای وابسته[ویرایش]

یکاهای نورسنجی اس‌آی
کمیت نماد[نکته ۱] یکای اس‌آی نماد بُعد توضیحات
انرژی نورانی Qv [نکته ۲] لومن ثانیه lm⋅s T⋅J [نکته ۳] در انگلیسی گاهی به یکاها تالبوت می‌گویند
شار نوری Φv [نکته ۲] لومن (= cd⋅sr) lm J توان نوری هم می‌گویند
شدت نور Iv کاندلا (= lm/sr) cd J یکی از یکاهای اصلی اس‌آی، شار نوری در هر زاویهٔ فضایی واحد
درخشندگی Lv کاندلا بر متر مربع cd/m2 L−2⋅J به این یکا «نیت» هم می‌گویند
شدت روشنایی Ev لوکس (= lm/m2) lx L−2⋅J برای نور تابیده‌شده بر یک سطح استفاده می‌شود
گسیل نوری Mv لوکس (= lm/m2) lx L−2⋅J برای نور تابیده‌شده از یک سطح استفاده می‌شود
نوردهی Hv لوکس ثانیه lx⋅s L−2⋅T⋅J
چگالی انرژی نورانی ωv لومن ثانیه بر متر۳ lm⋅sm−3 L−3⋅T⋅J
اثرگذاری نوری η [نکته ۲] لومن بر وات lm/W M−1⋅L−2⋅T3⋅J نسبت شار نوری به شار تابشی
بازده نوری V 1 ضریب نوری نیز گفته می‌شود
جستارهای وابسته: اس‌آی · نورسنجی · رادیومتری
  1. موسسه استاندارد توصیه می‌کند کمیت‌های نورسنجی با یک "v" (مخفف "visual" یعنی دیداری) مشخص شوند تا از اشتباه‌شدن با کمیت‌های رادیومتری یا فوتون جلوگیری شود.
  2. ۲٫۰ ۲٫۱ ۲٫۲ گاهی نمادهای جایگزین هم بکار می‌رود: W برای انرژی نورانی، P یا F برای شار نوری، و ρ یا K اثرگذاری نوری.
  3. "J" نماد توصیه‌شده برای روشنایی در دستگاه بین‌المللی یکاها است.

یادداشت‌ها[ویرایش]

  1. ۱٫۰ ۱٫۱ به گونه‌ای تعریف شده است که بیشینهٔ مقدار ممکن ۱۰۰٪ باشد.
  2. ۲٫۰ ۲٫۱ Integral of truncated قانون پلانک times photopic تابع درخشندگی times 683 W/sr, according to the definition of the شمع (یکا). [۱]
  3. ۱ شمع (یکا)*۴π استرادیانs/40 W

واژه‌نامه[ویرایش]

  1. Luminous efficacy
  2. luminous efficacy of radiation
  3. luminous efficacy of a source
  4. Lighting efficiency
  5. luminous efficiency
  6. photopic vision
  7. Scotopic vision

منابع[ویرایش]

  1. Stimson, Allen (1974). Photometry and Radiometry for Engineers. New York: Wiley and Son. 
  2. Grum, Franc and Becherer, Richard (1979). Optical Radiation Measurements Vol 1. New York: Academic Press. 
  3. Boyd, Robert (1983). Radiometry and the Detection of Optical Radiation. New York: Wiley and Son. 
  4. Roger A. Messenger and Jerry Ventre (2004). Photovoltaic systems engineering (Second ed.). CRC Press. p. 123. ISBN 9780849317934. 
  5. Erik Reinhard, Erum Arif Khan, Ahmet Oğuz Akyüz, and Garrett Johnson (2008). Color imaging: fundamentals and applications. A K Peters, Ltd. p. 338. ISBN 9781568813448. 
  6. ۶٫۰ ۶٫۱ ۶٫۲ ۶٫۳ "Maximum Efficiency of White Light". Retrieved 2011-07-31. 
  7. ۷٫۰ ۷٫۱ Black body visible spectrum
  8. ۸٫۰ ۸٫۱ Wyszecki, Günter and Stiles, W.S. (2000). Color Science - Concepts and Methods, Quantitative Data and Formulae (2nd ed.). Wiley-Interscience. ISBN 0-471-39918-3. 
  9. overall luminous efficacy
  10. Westermaier, F. V. (1920). "Recent Developments in Gas Street Lighting". The American City (New York: Civic Press) 22 (5): 490. 
  11. Bulbs: Gluehbirne.ch: Philips Standard Lamps (German)
  12. ۱۲٫۰ ۱۲٫۱ ۱۲٫۲ ۱۲٫۳ ۱۲٫۴ ۱۲٫۵ Philips Product Catalog (German)
  13. "Osram halogen" (in German) (PDF). www.osram.de. Archived from the original on November 7, 2007. Retrieved 2008-01-28. 
  14. ۱۴٫۰ ۱۴٫۱ Keefe, T.J. (2007). "The Nature of Light". Retrieved 2007-11-05. 
  15. "Osram Miniwatt-Halogen". www.ts-audio.biz. Retrieved 2008-01-28. [پیوند مرده]
  16. Klipstein, Donald L. (1996). "The Great Internet Light Bulb Book, Part I". Retrieved 2006-04-16. 
  17. White LED Offers Broad Temp Range And Color Yield Electronicdesign (کوکی اچ‌تی‌تی‌پیs required) Otherwise see:Google Cache
  18. "Nichia NSPWR70CSS-K1 specifications" (pdf). Nichia Corp.. Retrieved April 26, 2009.  [پیوند مرده]
  19. Klipstein, Donald L.. "The Brightest and Most Efficient LEDs and where to get them". Don Klipstein's Web Site. Retrieved 2008-01-15. 
  20. "Cree XLamp XP-G LEDs Data Sheet".  Claims 132 lm/W.
  21. ۲۱٫۰ ۲۱٫۱ ۲۱٫۲ Toshiba E-CORE LED Lamp
  22. archiveToshiba E-CORE LED Lamp LDA5N-E17[پیوند مرده]
  23. GE 73716 7-Watt Energy Smart PAR20 LED Light Bulb
  24. Lite Gear LED PAR 30 7W Light Bulb
  25. Toshiba to release 93 lm/W LED bulb Ledrevie
  26. White LEDs with super-high luminous efficacy physorg.com
  27. ۲۷٫۰ ۲۷٫۱ "Technical Information on Lamps" (pdf). Optical Building Blocks. Retrieved 2010-05-01.  Note that the figure of 150 lm/W given for xenon lamps appears to be a typo. The page contains other useful information.
  28. OSRAM Sylvania Lamp and Ballast Catalog. 2007. 
  29. ۲۹٫۰ ۲۹٫۱ Federal Energy Management Program (December 2000). How to buy an energy-efficient fluorescent tube lamp. U.S. Department of Energy. 
  30. "Low Mercury CFLs". Energy Federation Incorporated. Retrieved 2008-12-23. 
  31. "Conventional CFLs". Energy Federation Incorporated. Retrieved 2008-12-23. 
  32. "Global bulbs". 1000Bulbs.com accessdate=2010-2-20. |
  33. Phillips. "Phillips Master". Retrieved 2010-12-21. 
  34. Department of the Environment, Water, Heritage and the Arts, Australia. "Energy Labelling—Lamps". Retrieved 2008-08-14. 
  35. "BulbAmerica.com". Bulbamerica.com. Retrieved 2010-02-20. 
  36. "1000-watt sulfur lamp now ready". IAEEL newsletter (IAEEL) (1). 1996. Archived from the original on Aug. 18, 2003. 
  37. "The Metal Halide Advantage". Venture Lighting. 2007. Retrieved 2008-08-10. 
  38. "LED or Neon? A scientific comparison". 
  39. "Why is lightning coloured? (gas excitations)". 
  40. "BulbAmerica Cold Cathode Energy Efficient Light Bulb Specifications".